Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm Ball and Beam tại phòng thí nghiệm:
Hình 3.28a. Mô hình khối hệ thực nghiệm cho Ball and beam
Trong đó:
- Sensor đo vị trí: sử dụng điện trở thanh dẫn để xác định vị trí thông qua sự thay đổi giá trị điện áp đầu ra.
- Động cơ: Động cơ điện một chiều có nguồn nuôi ± 15V - Mạch công suất: Dùng để đảo chiều quay của động cơ
- NI USB 6008: Cạc thu thập dữ liệu của hãng National Intrusments - Matlab – Simulink: Dùng để thiết kế và xuất ra tín hiệu điều khiển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Sơ đồ chạy thực nghiệm cho hệ thống ball and beam sử dụng Matlab – Simulink sử dụng bộ điều khiển LQR
Hình 3.29. Mô hình khối hệ thực nghiệm cho ball and beam trong Matlab-Simulink
Kết quả chạy thực nghiệm khi giá trị của viên bi phía bên trái của điểm “0” là 15cm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3.30. Kết quả chạy thực nghiệm cho hệ ball and beam
Hình 3.31. Sai lệch giữa vị trí đặt và vị trí thực của viên bi
Hình 3.32. Tín hiệu điều khiển
Kết quả khi giá trị đặt bên phía phải của vị trí “0” là 15 cm, và có nhiễu tác động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Kết quả thực nghiệm khi giá trị đặt thay đổi.
Hình 3.34. Kết quả chạy thực nghiệm cho hệ ball and beam khi tín hiệu đặt thay đổi */ Nhận xét:
- Qua thực nghiệm ta thấy rằng bộ điều khiển số LQR cho kết quả rất tốt, khi thay đổi tín hiệu đặt thì đáp ứng đầu ra của vị trí thực của viên bi (ball) gần như bám sát với tín hiệu đặt, minh họa hình 3.30, hình 3.33, hình 3.34.
- Tuy nhiên, khi đặt vị trí của viên bi về phía phải của điểm “0” thì vẫn còn tồn tại sai lệch tĩnh, điều này có thể do nguyên nhân khi quy đổi giá trị đo về, ta vẫn chưa khử hết được hiện tượng trôi điểm không hay off-set. - Qua thực nghiệm ta cũng cho ta thấy tính đúng đắn và khả năng áp
dụng các thuật toán khác nhau dùng để nâng cao chất lượng cho bộ điều khiển số.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Trong chương 3 đã trình bày cách đi xây dựng mô hình toán học cho hệ ball and beam bằng phương pháp Euler – Lagrange, từ đó ta đi tuyến tính hóa xung quang điểm làm việc, cụ thể là điểm “0”. Từ đó, ta được mô hình tuyến tính để làm cơ sở cho việc thiết kế và nâng cao chất lượng của bộ điều khiển số.
Hơn nữa, hai phương pháp thiết kế bộ điều khiển số được áp dụng, bộ điều khiển LQR số có chất lượng tốt hẳn bộ điều khiển PID số.
Thêm vào đó, việc áp dụng phương pháp cắt giảm thông tin thừa, sử dụng phương pháp ngoại suy bậc thang, đã được áp dụng nhằm nâng cao chất lượng của bộ điều khiển số, minh chứng bằng việc thay vì phải truyền đi 6001 mẫu dữ liệu thì sau khi cắt giảm ta chỉ cần thực truyền là 34 mẫu.
Cuối cùng, luận văn cũng trình bày việc áp dụng cho đối tượng tại phòng thí nghiệm của bộ môn Đo lường – Điều khiển. Kết quả chạy thực nghiệm đã minh chứng tính đúng đắn của các phương pháp đã trình bày.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã hoàn thành một số công việc sau đây:
- Nghiên cứu tổng quát về lý thuyết biến đổi z và các mô hình của bộ điều khiển số, từ đó đưa ra các ưu nhược điểm chính của bộ điều khiển số. - Nghiên cứu các phương pháp thiết kế bộ điều khiển số, bao gồm bộ
điều khiển số theo phương pháp xấp xỉ trên miền thời gian liên tục và bộ điều khiển dead beat cho đối tượng được mô tả dưới dạng hàm truyền. Với đối tượng mô tả dưới dạng phương trình trạng thái thì trong luận văn nêu ra phương pháp thiết kế bộ điều khiển số theo phản hồi trạng thái tối ưu LQR.
- Nêu ra nguyên nhân và định nghĩa về thông tin thừa trong các hệ thống thu thập dữ liệu và hệ thống điều khiển số. Từ đó đưa ra phương pháp và thuật toán để cắt giảm các thông tin thừa.
- Tiền hành mô hình hóa đối tượng bằng phương pháp Euler – Lagrange, từ đó ta đi tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc, cụ thể là điểm “0”. Từ đó, ta được mô hình tuyến tính để làm cơ sở cho việc thiết kế và nâng cao chất lượng của bộ điều khiển số.
- Thêm vào đó, việc áp dụng phương pháp cắt giảm thông tin thừa, sử dụng phương pháp ngoại suy bậc thang, đã được áp dụng nhằm nâng cao chất lượng của bộ điều khiển số, minh chứng bằng việc thay vì phải truyền đi 6001 mẫu dữ liệu thì sau khi cắt giảm ta chỉ cần thực truyền là 34 mẫu. - Cuối cùng, luận văn cũng trình bày việc áp dụng cho đối tượng tại phòng
thí nghiệm của bộ môn Đo lường – Điều khiển. Kết quả chạy thực nghiệm đã minh chứng tính đúng đắn của các phương pháp đã trình bày.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Anh
[1]. Cong N Huu; Nam N Hoai, Optimal control for a distributed parameter and delayed – time system based on the numerical method, Teth international conference on Control, Automotion, Robotics and vision( ICARCV’2008). [2]. Bui Trung Thanh, Manukid Parnichkun, Balancing control of Bycirobo by
PSO-based structure-specified mixed H2/H∞ control, International Journal of Advanced Robotic Systems 2008.
[3]. N.H.Cong, N.V.Minh; Continuous parallel-iterated RKN-type PC methods for non-stiff IVPs; Appled Numerical Mathematics 2007.
[4]. B.C Kuo "Digital Control Systems" new Tork: Holt, Rinehart and nston 1980.
[5]. Isermann R: Digitale Regelsysteme.Bd. I und II, Springer-Verlag, 2. Auflage,
[6]. Mohammad Keshmiri, Ali Fellah Jahromi*, Abolfazl Mohebbi ,”Modeling and control of ball and beam system using model based and non-model based control approaches”, international journal on smart sensing and intelligent systems, vol. 5, no. 1, march 2012
Tài liệu tiếng Việt
[1]. Nguyễn Phùng Quang, “Matlab & Simulink” NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội năm 2006.
[2]. Nguyễn Mạnh Tường, Nguyễn Hữu Công, Nguyễn Văn Chí(2002). Nghiên cứu phương pháp số để giải bài toán điều khiển tối ưu cho một hệ có tham số phân bố, (VICA5 - 2002).
[3]. Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính xuất bản lần 2, NXB Khoa học và kỹ thuật 2005
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
[4]. Nguyễn Hữu Công – Lâm Hùng Sơn – Ngô Đức Minh(2005), Phương pháp biến phân giải bài toán điều khiển tối ưu cho hệ có tham số phân bố, Tạp chí khoa học và công nghệ (Đại học Thái Nguyên) số 1 năm 2005.
